Расчёт теплообменного аппарата

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Декабря 2013 в 15:53, курсовая работа

Описание работы

Теплообмен- учение о самопроизвольном необратимо протекающем процессе распространения теплоты в пространстве. Процессы теплообмена сопровождаются химическими реакциями и физическими превращениями (нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и др.). Процессы теплообмена делятся на: теплопроводность, конвекцию, излучение.

Содержание работы

Введение…………………………………………………………………….4
Тепловой расчет подогревателя…………………………………….8
Гидравлический расчет подогревателя…………………………….22
Механический расчет подогревателя………………………………27
Заключение…………………………………………………………………38
Список использованной литературы……………………………………...39
Спецификация……………………………………………………………....40

Файлы: 1 файл

Курсовая работа, ПЗ.doc

— 971.00 Кб (Скачать файл)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Условия применимости этой формулы:

   

  

где

      hвып – высота выпуклой части днища (рис.4), м;

hвып = 0,4×Dвн = 0,4×0,8=0,32 м

      Dвн - внутренний диаметр корпуса. м;

      d – наибольший диаметр отверстия в днище, м;

      C – прибавка, учитывающая допуск на прокат, коррозию и т.д.,               м;

      z - коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия.

3.3. Определяем коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия

      

      

3.4. Произведем расчет трубной решетки.

Расчетное давление при расчете трубной решетки выбирается по большему из трех следующих значений:

где

 

 


      Pм, Pт – давление в межтрубном и трубном пространстве соответственно, Па, , ;

      Pм.п, Pт.п - пробное давление при гидравлическом испытании в межтрубном пространстве и в трубах, Па, , ;

      r - отношение жесткости трубок к жесткости кожуха;

      g - расчетный температурный коэффициент;

      k - модуль упругости системы трубок, МПа/м;

      a – коэффициент перфорации.

3.5. Определяем коэффициент, выражающий отношение жесткости трубок к жесткости кожуха.

где

      Ет, Ек - модули упругости материала трубок и кожуха соответственно, (т. к. кожух и трубки стальные, ), МПа;

      Fт, Fк – площади сечения материала трубок и кожуха, м2.

3.6. Вычисляем площадь сечения материала трубок

где

      n – количество трубок, шт.;

      dн, dвн - наружный и внутренний диаметры трубок, м , .

.

3.7. Определяем площадь сечения материала кожуха

.

3.8. Вычисляем расчетный температурный коэффициент

 

где

      tт, tк – температуры трубок и кожуха °С;

      aт, aк – коэффициенты линейного удлинения трубок и кожуха соответственно, 1/град. aт = 14×10-61/град; aк = 11,7×10-61/град.

tк = tгр.п. – (70¸85) = 166 – 76 = 90 °С

    tт = tгр.п. – (15¸20) = 166 – 16 = 150 °С

3.9. Определяем модуль упругости системы трубок

где

     - длина трубок, м:

      - внутренний радиус корпуса, м.

.

3.10. Вычисляем коэффициент перфорации

.


.

3.11. Определяем толщину трубной решетки

3.12. Определяем толщину трубной решетки из условия прочности на изгиб

 

где

      D0 - диаметр окружности, на которую опирается трубная доска,

      Pр - расчетное давление, Па;

      y - коэффициент, зависящий от формы и способа крепления трубной доски;

      j - коэффициент, учитывающий ослабление трубной решетки;

      С - поправка на минусовые допуски проката, коррозию и т.д., м.

При расчетном давлении, действующем со стороны крышки, в качестве D0 принимается внутренний диаметр корпуса, поэтому D0 = Dвн = 0,8 м.

В данном подогревателе используем круглые трубные доски, не подкрепленные анкерными связями, следовательно, y = 0,5.

3.13. Вычисляем коэффициент, учитывающий ослабление трубной доски,

где

      Dн - наружный диаметр кожуха, м;

      N1 - наибольшее количество трубок в одном ряду, шт.;

      d0 - диаметр отверстия под трубку в трубной доске, м.

    d0 = dн + 0,0008 = 0,029+ 0,0008 = 0,0298, м.


3.14. Определяем наибольшее количество трубок в одном ряду

где

      К - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, м, ;

      S - шаг между трубками, м, .


.

3.15. Производим определение толщины трубной решетки, исходя из условия надежности развальцовки:

где

      q - допускаемое напряжение на вырывание трубок из решетки, МПа;

      Ртр - осевое усилие в наиболее нагруженной трубке, Н.

      dн - наружный диаметр трубок, м.

Для трубок, завальцованных с отбортовкой, q = 40 МПа.

3.16. Определяем осевое усилие в наиболее нагруженной трубке

    Ртр = sp(dн - dт)dт, Н,


где

      dт - толщина трубки, м;

      s - напряжение изгиба в трубной решетке, МПа.

Ртр = 132,2×3,14(0,029 – 0,001)0,001=0,0116 Н

3.17. Расчет фланцевых соединений и болтов.

3.17.1.Определяем полное усилие, действующее на все болты фланцевого соединения,

    Q = Р + Рупл, Н,

где

      Р - сила внутреннего давления среды на площадь, Н;

      Рупл - сила, необходимая для обеспечения плотности соединения

 

при давлении рабочей среды, Н.

    Р = 0,785×D2пр×Рс, Н,


где

      Dпр - средняя линия прокладки, м;

      Рc - сила внутреннего давления среды на площадь, Па.

3.17.2. Определяем среднюю линию прокладки

    Dпр = 0,5(Dн + Dв), м,

где

      Dн и Dв - наружный и внутренний диаметры прокладки соответственно, м.

Dпр = 0,5(0,82 + 0,8) = 0,81, м

Р = 0,785×0,81×0,7×106 = 0,36×106, Н

3.17.3. Определяем силу, необходимую для обеспечения плотности соединения

    Рупл = q×Fпр, Н,

где

      q - расчетное удельное давление на единицу площади прокладки, Па, ;

      Fпр - площадь прокладки, м2.

3.17.4. Вычисляем площадь прокладки

    Fпр = 0,785×(D2н - D2в), м2,

                     Fпр = 0,785×(0,822 – 0,82) = 0,025, м2

    Рупл = 15×106×0,025 =0,375×106, Н

Q = 0,36×106 + 0,375×106 = 0,735×106, Н

Проверка  расчетной нагрузки (qmax = 130 МПа):

    Q £ qmax×Fпр.

Расчетная нагрузка не превышает максимальную и не будет вызывать повреждение прокладки или превосходить ее прочность, т. к.

условие соблюдается.

 

 

      1. Определяем диаметр болта


где

      Q - полное усилие на все болты, Н;

      Dпр - средняя линия прокладки, м;

      h - поправочный коэффициент (h = 0,9);

      sт - предел текучести материалов болтов при рабочей температуре (sт = 245 МПа), Па.

3.17.6. Вычисляем количество болтов во фланцевом соединении

где

      L – общая длина окружности, на которой расположены центры болтов, мм;

      tб - шаг между болтами, мм.

Из конструктивных соображений шаг между болтами принимаем в пределах 2,5¸5 диаметров болтов:                                               3.17.7 Определяем длину окружности, на которой расположены центры болтов,

    L = p (Dвн + dк + dб +К), мм,

где

      dк - толщина стенки кожуха, мм;

      К - монтажный зазор (К = 25¸30 мм):

      dб - диаметр болтов, мм;

      Dвн - внутренний диаметр корпуса. мм.

L = 3,14 (800 + 4 + 18 + 27) = 2665,86 мм,

 

 

3.17.8. Определяем расчетное усилие на болт

3.17.9. Определяем толщину приварного фланца

где

      r0 - радиус окружности расположения болтов, м;

      r – внутренний радиус корпуса, м;

      sдоп = 230 - допускаемое напряжение на изгиб, МПа;

     а = 0,6 - для фланцев, подверженных изгибу.

 

3.17.10. Определяем радиус окружности расположения болтов

    r0 = (Dвн + dк + dб + К)×0,5, мм,

r0 = (0,8 + 0,0004 + 0,018 + 0,027)×0,5 = 0,422 м


                      r = Dвн/2=0,8/2=0,4 м

 

Обобщение результатов механического расчета:

 

 

    1. Толщина стенок кожуха и днища                                      4мм
    2. Параметры трубной решётки:

расчётное давление                                   11,1МПа            

                                         толщина         170 мм

 

    1. Характеристики фланцевого соединения:

количество  болтов        30 шт

          расчётное усилие на болт           70  кН

                                             диаметр болтов       18 мм

                                             высота фланца       55 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

Для закрепления теоретических  знаний по курсу «Тепломассообмен»  была выполнена курсовая работа: «Расчет пароводяного подогревателя»

В конструктивном расчете  теплообменного аппарата решались 3 задачи:

1. тепловая;

2. гидравлическая;

3. механическая.

В тепловом расчете были определены: физические параметры воды и водяного пара; средняя логарифмическая разность температур: для первой зоны , для второй зоны ; количество тепла, передаваемое паром воде, для двух зон теплообмена Q = 14485,16 кВт; массовый расход пара Dп = 6,73 кг/с; коэффициенты теплоотдачи: для воды , для пара ; коэффициент теплопередачи: для первой зоны: для первой зоны: , для второй зоны , поверхность нагрева составила F= 90 м2. Общее количество трубок n=301 шт, их длина L=3 м.

В гидравлическом расчете  определили: полный напор, необходимый  для перемещения воды через аппарат, который составил , а также мощность, необходимую для движения воды через подогреватель N= 0,36 кВт, размеры патрубков: для воды: Fпат = 0,05 м2, dпат = 0,25 м, для входа пара: Fпат = 0,07 м2, dпат = 0,23 м, для выхода конденсата: Fпат = 0,002 м2, dпат = 0,05 м, для откачки воздуха: Fпат = 0,0003 м2, dпат = 0,02 м.

В механическом расчете при расчете на прочность были определены:

расчетное давление Рр = 11,1 МПа

количество болтов z = 30 шт, их диаметры dб = 18 мм

высота фланца h = 55 мм

расчетное усилие на болт Pб = 70 кН

 

 

 


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

 

  1. Тепломассообмен. Проектирование поверхностного кожухотрубного теплообменника: Учебно-методическое пособие / В.Н. Федяева, А.А. Федяев, С.В. Белокобыльский.- Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2004-124 с.
  2. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. – М.: Энергия, 1970.
  3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1975.
  4. Промышленные тепломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов / А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Л. Данилов и др.; Под ред. А.М. Бакластова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 
  5. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина.- М.: Энергоатомиздат, 1991.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Информация о работе Расчёт теплообменного аппарата